Ученые уже могут делать мемристоры, которые играют роль синапсов (передают импульс между нейронами). Если им удастся сконструировать аналог нервной клетки, это значительно приблизит их к физическому воплощению нейронной сети.
Соединив мемристоры с нейристором, можно получить чип, способный просчитывать самые совершенные на данный момент нейросетевые алгоритмы на физическом уровне. Исследователи уверены, что это откроет множество возможностей, в частности такие устройства можно будет устанавливать на роботов, дроны и другое оборудование.
«Нужны специальные чипы, которые смогут исполнять все нейросетевые алгоритмы на физическом уровне без необходимости программной обработки. Для этого необходимы специальные элементы — мемристоры, имитирующие работу синапсов, и нейристоры, имитирующие нейроны. Если их соединить так, как это работает в человеческом мозге, то самые новые и совершенные алгоритмы будут более эффективно и быстро исполняться „в железе“», — рассказал старший научный сотрудник лаборатории функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ Антон Ханас.
Нейросетевые технологии активно развиваются в своей программной части. Однако эти алгоритмы пока просчитывают на обычных электронных компьютерах. Для этого нужны очень мощные вычислительные машины и огромное количество энергии, поэтому возможности нейросетей нельзя использовать в компактном автономном устройстве. Как только ученым удастся создать нейроморфный компьютер, его можно будет установить на БПЛА, роботов и другое оборудование. Нейрон в человеческом мозге имеет множество входов — дендритов и один выход — аксон, через который электрический импульс передается следующему нейрону. Каждая нервная клетка принимает множество импульсов от соседних, и в результате этого внутри нейрона на некоторое время повышается заряд. Как только он превышает какое-то пороговое значение, срабатывает механизм выстреливания, и импульс передается дальше.
Как поясняют ученые МФТИ, чтобы воспроизвести этот процесс искусственно, необходимо три элемента. Во-первых, емкость — аналог мембраны нейрона, где накапливается заряд. Во-вторых, механизм порогового срабатывания при определенном напряжении, и в-третьих, механизм утечки заряда, если этот порог не пройден.
«Конечной целью является разработка масштабируемого компактного нейристора, в котором элементы создаются по тонкопленочной микроэлектронной технологии и соединяются, как в интегральной схеме. Но на предварительных этапах для отработки взаимодействия отдельных элементов можно использовать доступные на сегодня обычные конденсаторы — буквально из радиотехнического магазина, в качестве порогового переключателя мы применяем старые советские газоразрядные лампы. Нам интересно реализовать переменную емкость, чтобы можно было имитировать участки мозга, где она различается. Это даст нам разные режимы работы нейронов», — пояснил Антон Ханас.
У научного коллектива уже есть прототипы порогового переключателя и емкости.
